(57)【要約】【課題】均一な強度分布の電磁波を放射する。【解決手段】ＧＵＮＮ（ガン）発振器（電磁波発振器）２が発生した電磁波をアンテナ１でターゲットに照射する。アンテナ１は、絶縁性の回路基板６と、この回路基板６の表面に複数で配置されて電磁波を分岐するための分岐カプラ（方向性結合器）３と、回路基板６の面上に密着あるいは接着された導電性金属により形成された複数のスロットアンテナ４と、により構成されている。入力された電磁波は最初の分岐カプラ３において２分割され、それぞれの分割後の電磁波はさらに次段の分岐カプラ３によりそれぞれ２分割され、結果として最初の電磁波は４分割される。こうして分割した電磁波を複数で整列したスロットアンテナ４から放射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電磁波を複数に分岐して出力するための分岐カプラの出力のそれぞれに他の前記分岐カプラの入力を連結して構成した多分岐カプラ構成と、
多段に配置された前記多分岐カプラ構成の最終段に配置された前記分岐カプラの出力のそれぞれに接続されてアレイ状に整列配置されたスロットアンテナと、
を備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記分岐カプラは、
入力された電磁波を２分岐してそれぞれ出力することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を送信するためのアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、イメージングとは、ターゲットの電磁波に対する応答性を２次元の画像によって可視化することが目的である。一般に市販されているデジタルカメラなどがその典型例である。２次元の画像は細かい画素の集合であり、縦横それぞれｍ、ｎの解像度を有する画像ならば、画素の総数はｍ×ｎ個となる。
【０００３】
もし単一の受光素子を用いて撮像するならば、ｍ×ｎ回受光素子を移動走査する必要があり、１００×１００画素程度の画像でも１００００回もの移動走査回数となるゆえ、現実的な時間内に撮像を終えることができない。従って、ｍ×ｎ個の受光素子を予め２次元に配列したアレイが一般的に用いられている。
【０００４】
また、ｍ個の受光素子を一列に配列して、ｎ回の移動走査を行う方式もある。この方式でも大幅に撮像時間を短縮することができる。オフィス機器として市販されているスキャナ装置などがその典型例である。
【０００５】
一般に、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を用いてイメージングを行う場合、ターゲットへ向けて電磁波を照射し、その反射波または透過波を検波するアクティブ方式か、またはターゲットから自発的に放射される電磁波を検波するパッシブ方式が取られる。
【０００６】
アクティブ方式を採用した場合、ターゲットに対して直接電磁波を照射できるため、パッシブ方式よりも検知される反射または透過波の信号感度が良いという利点がある。マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波発振器としては、ＧＵＮＮ発振器などが一般に用いられる。ＧＵＮＮ発振器より出力された電磁波をターゲットへ向けて照射するには、ホーン型アンテナ等の送信アンテナを用いて電磁波に指向性を持たせる必要がある。
【０００７】
ここで送信アンテナによる電磁波照射の問題点となるのが、電磁波の空間的な均一性の確保である。一般に、送信アンテナより自由空間に放射された電磁波強度はアンテナの主軸を中心としたガウシアン分布に従うため、アンテナ主軸付近は強度が強く、そこから遠ざかるにつれて強度が指数的に減衰していく。（非特許文献１参照）。
【０００８】
すなわち、図４および図５に示すように、従来のホーン型アンテナ２１を備えた電磁波発振器２０と１次元の検波器アレイ２４を組合わせて用いた場合、検波器アレイ２４の中央付近では検波信号強度が強く、端部付近では検波信号強度が弱いため、検波信号の強度補正が不可避な工程となる。
【０００９】
さらに、従来のホーン型アンテナ２１では、検波器アレイ２４の中央部では放射される電磁波２２が垂直方向に向い、端部付近では斜め方向に向かって照射される。これは一般に、近接領域において電磁波２２が球面波であることに起因している。従って、従来のホーン型アンテナ２１において電磁波２２の照射角度が異なれば、それに相乗して反射の強度や特性も変化し、コンクリート床などの表面に発生したクラックなどのターゲット２３の電磁波２２に対する応答特性を調べることを目的としたイメージングには不向きである。
【非特許文献１】コンクリート床版検査用３次元映像化レーダの開発、小原治之、第７回地下電磁計測ワークショップ論文集、２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来の技術においては、ターゲット面に照射される電磁波の強度は空間的に一様にならず、例えば１次元ないしは２次元の検波器アレイと組合されてイメージングに用いた場合、検知される電磁波の信号強度は各画素間で著しくバラついてしまっていた。
【００１１】
また、各画素において検知された電磁波信号の強度差を可視化することこそイメージングの主たる目的であるため、この電磁波の強度の空間的な非均一性は本質的な問題点の一つであり、いかにしてターゲット面に電磁波を均一照射するかという課題が生じていた。
【００１２】
また、複数の電磁波発振器を用いた多角度からの電磁波の照射では、電磁波発振器は一般に高価であることから、コストの面と電磁波送信装置自体を軽量小型することにおいて望ましい解決手段ではなかった。
【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、均一な強度分布の電磁波を放射することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、入力された電磁波を複数に分岐して出力するための分岐カプラの出力のそれぞれに他の前記分岐カプラの入力を連結して構成した多分岐カプラ構成と、多段に配置された前記多分岐カプラ構成の最終段に配置された前記分岐カプラの出力のそれぞれに接続されてアレイ状に整列配置されたスロットアンテナと、を備える。
【００１５】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記分岐カプラは、入力された電磁波を２分岐してそれぞれ出力する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、均一な強度分布の電磁波を放射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
アンテナに係る実施の形態において、その概略は、アンテナに電磁波を入力するための電磁波発生部と、入力された電磁波を送信するためのアンテナと、が組合されて電磁波を自由空間へ放射する構成を成している。
【００１８】
電磁波発生部は、たとえば既存のＧＵＮＮ発振器などを用いることができる。電磁波発生部から出力された電磁波はアンテナに入力される。このアンテナは、回路基板と、この回路基板上に構成された複数の平面スロットアンテナと、複数の分岐カプラと、からなる。このうち平面スロットアンテナは、回路基板上に密着させた薄い金属板等を既存のテーパーアンテナ型に加工したものを用いることができる。これら複数の平面スロットアンテナは回路基板上に等間隔で並べられる。そして、分岐カプラは、電磁波を複数に分岐させるカプラを用いることができ、本実施の形態においては１：２分岐で減衰が３ｄＢのものを説明のために用いている。
【００１９】
電磁波発生部より回路基板に入力された電磁波は、１：２分岐の分岐カプラによって２つに分岐されて出力される。出力された２つの電磁波はさらに同様の分岐カプラへ入力され、それぞれがさらに２分岐される。このような多段の分岐が次々に繰り返される構成によって電磁波が自由空間へ放射される回路基板の端辺には、等間隔に並べられた複数の平面スロットアンテナが形成されており、ここから自由空間へ均一な電磁波分布強度でもって放射される。なお、単一の電磁波発生部からの電磁波を２ｎ個で等間隔に整列された平面スロットアンテナに分配する場合は、２ｎ−１個の１：２分岐カプラを用いることが好ましい。
【００２０】
平面スロットアンテナから自由空間に放射された電磁波は、イメージングの対象となるターゲット（コンクリート構造物の表面に生じたクラックなど）に照射され、そして反射波となって検波器アレイにより受信される。受信された電磁波に基づいて信号処理を実行し、ターゲットを画像化するイメージングが実行される。
【００２１】
＜実施の形態＞
図１には、アンテナの実施の形態の構成図を示す。
【００２２】
この図１には、電磁波を発生させるためのＧＵＮＮ（ガン）発振器（電磁波発振器）２と、アンテナ１とが示されている。アンテナ１は、絶縁性の回路基板６と、この回路基板６の表面に複数で配置されて電磁波を分岐するための分岐カプラ（方向性結合器）３と、回路基板６の面上に密着あるいは接着された導電性金属により形成された複数のスロットアンテナ４と、により構成されている。
【００２３】
ＧＵＮＮ発振器２において生成された電磁波は回路基板６の面上に配置されている分岐カプラ３に入力される。分岐カプラ３は入力された電磁波を複数に分岐してそれぞれ出力させることができる。この図１に示した分岐カプラ３は入力が１系統で出力が２系統の１：２分岐型の分岐カプラである。分岐カプラ３で電磁波が分岐される際には一定の出力損失が生じ、例えば３ｄＢといった損失量を有している。
【００２４】
図１に示すように、この分岐カプラ３の出力のそれぞれに次段として他の分岐カプラ３を連結している。すなわち入力された電磁波は最初の分岐カプラ３において２分割され、それぞれの分割後の電磁波はさらに次段の分岐カプラ３によりそれぞれ２分割されるので、結果として最初の電磁波は４分割される。こうした電磁波の分割を複数段で繰り返すことにより、たとえば電磁波を２ｎ個で等間隔に整列された平面スロットアンテナ４に分配する場合は、２ｎ−１個の１：２分岐カプラ３を用いることで実現できる。
【００２５】
なお、平面スロットアンテナ４は回路基板６の端辺に等間隔に整列して配置されており、イメージングの対象となるターゲット（コンクリート構造物の表面に生じたクラックなど）の規模に応じて、この平面スロットアンテナ４の数が決定されている。
【００２６】
次の図２は、図１の実施の形態に係るアンテナ１の構成図に基づいた模式的な俯瞰図を示している。ＧＵＮＮ発振器（電磁波発振器）２から出力された電磁波はアンテナ１に導入され、アンテナ１の回路基板６上に配置された複数の分岐カプラ（方向性結合器）３により分岐されて、スロットアンテナ４により自由空間へ電磁波５が放射される。放射される電磁波５は、回路基板６の端辺方向に等間隔で整列しているスロットアンテナ４により、端辺の一端部からもう一方の端点までの近接領域において、その強度が均一に照射される。
【００２７】
次の図３は、１次元の検波器アレイ１０とアンテナ１とを組合わせた実施の形態を説明するための説明図である。
【００２８】
この図３に示すように、本実施の形態によるアンテナ１と１次元の検波器アレイ１０を組合わせて反射型のイメージング装置を構成することができる。アンテナ１にはＧＵＮＮ発振器２が接続されて、ターゲット面１３の表面に生じたクラック１２へ向けて均一な強度の電磁波１４を照射することができる。
【００２９】
電磁波１４の照射でもって１軸走査することで、ターゲット面１３の表面に存在するクラック１２の平面的な２次元画像を取得することができる。ここで取得される２次元画像は、１次元に並べられた検波器アレイ１０の各々に均一な強度の電磁波１４が照射されることによって、検波信号の強度補正なしに良好な２次元画像を取得することができる。
【００３０】
なお、図３では反射型のイメージング装置例を示したが、電磁波送信器と検波器とをターゲットを挟むように対向させて設置すれば、透過型のイメージング装置も同様に実現できる。本実施の形態のアンテナ１では、検波器アレイ１０のどの部分においてもターゲット１３の面に対する電磁波の照射角度が一定である。
【００３１】
以上のように、本実施の形態によれば、均一な強度分布の電磁波を放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態のアンテナの構成図を示す。
【図２】本実施の形態のアンテナの構成図を示す。
【図３】本実施の形態のアンテナを用いたイメージング装置の構成図を示す。
【図４】従来のホーン型送信アンテナにおけるガウシアン照射の説明図を示す。
【図５】従来のホーン型送信アンテナにおけるガウシアン照射の説明図を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１  アンテナ
２  ＧＵＮＮ発振器（電磁波発振器）
３  分岐カプラ（方向性結合器）
４  スロットアンテナ
５  電磁波
６  回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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